【正文】 混凝土礦物摻合料 侯云芬 明天的混凝土將含有較少的熟料 ， 因此水泥業(yè)將成為水硬性膠凝材料業(yè) ， 一種向市場(chǎng)提供與水拌和時(shí)能硬化的微細(xì)粉末的工業(yè) 。這種使礦物組分 ， 而不是細(xì)磨熟料用量增大的做法 ， 將有助于水泥業(yè)向更加符合各國(guó)政府提出的可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)邁進(jìn) 。 今天的水泥業(yè)沿著這個(gè)方向努力已經(jīng)是非常必要了 。 Cements of yesterday and today； Concrete of tomorrow 一、什么是礦物摻合料 ? 活性氧化硅、氧化鋁和其它有效礦物為主要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土綜合性能，且摻量一般不小于 5%的具有火山灰活性或潛在水硬性的粉體材料 。 ? GB/T187362022《 高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑 》 明確規(guī)定：用于改善混凝土耐久性能而加入的、磨細(xì)的各種礦物摻合料，又稱礦物外加劑，其主要特征是磨細(xì)礦物材料，細(xì)度比水泥顆粒小，主要用于改善混凝土的耐久性和工作性能。 ? 是混凝土的第六組分。常用的礦物摻合料有：粉煤灰、?；郀t礦渣粉、硅灰、沸石粉。 礦渣：冶煉生鐵的副產(chǎn)品， 以硅酸鹽和鋁硅酸鹽為主 粉煤灰：熱電廠煤粉 燃燒后的產(chǎn)物，以硅 酸鹽和鋁硅酸鹽為主 二、礦物摻和料在混凝土中的作用效應(yīng) ? 火山灰效應(yīng) ? 形態(tài)效應(yīng) ? 微集料效應(yīng) ? 界面效應(yīng) 火山灰效應(yīng) ? 摻和料中的 SiO Al2O3等潛在活性物質(zhì)與堿性物質(zhì)或石膏反應(yīng)生成水硬性物質(zhì)。 ? 水泥的水化反應(yīng)產(chǎn)生 Ca(OH)2 C2S+mH→CSH+(2 x)CH C3S+nH→CSH+(3 x)CH ? 摻合料發(fā)生水化反應(yīng)的條件： 堿性物質(zhì)或硫酸鹽 + 水 + 潛在活性物質(zhì) ? 粉煤灰的活性 7d以后才能逐漸表現(xiàn)來(lái)，反應(yīng)率28d為 %～ %, 90d為 8～ 13%, 180d為15～ 19%之間。 形態(tài)效應(yīng) ? 由外觀形貌、表面性質(zhì)、顆粒級(jí)配等產(chǎn)生的效應(yīng)。 ? FA中的球形顆粒含量較高時(shí)，可增大混凝土的流動(dòng)性。 ? 礦中尖角狀顆粒含量很多，易導(dǎo)致混凝土泌水。 微集料效應(yīng) ? 摻和料中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥漿內(nèi)，填充毛細(xì)孔，改善混凝土孔結(jié)構(gòu)和增大密實(shí)度的效應(yīng)。 ? 混凝土中摻入適量的礦物摻合料混合均勻之后，粉體的顆粒級(jí)配更為合理，密實(shí)度提高。 ? 提高混凝土的抗?jié)B性與抗 Cl1的侵蝕能力。 界面效應(yīng) ? 摻和料與水泥熟料水化產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生火山灰反應(yīng)，減少了混凝土中 Ca(OH)2的含量，從而改善界面過(guò)渡區(qū)的結(jié)構(gòu)，使?jié){體 — 界面的粘接力增強(qiáng)。 ? 一定程度上改善混凝土的力學(xué)性能與耐久性。 裂縫擴(kuò)展的路徑和方向 骨料 水泥石 骨料周圍的過(guò)渡區(qū) 薄弱的過(guò)渡區(qū) 骨料 過(guò)渡區(qū) 水泥石本體 CSH CH 鈣礬石 骨料 氫氧化鈣 三、摻合料在混凝土中的作用 摻合料可代替部分水泥，成本低廉，經(jīng)濟(jì)效益顯著。 增大混凝土的后期強(qiáng)度。礦物細(xì)摻料中含有活性的 SiO2和 Al2O3，與水泥中的石膏及水泥水化生成的 Ca(OH)2反應(yīng)，生成生成 CSH和 CAH、水化硫鋁酸鈣。提高了混凝土的后期強(qiáng)度。但是值得提出的是除硅灰外的礦物細(xì)摻料，混凝土的早期強(qiáng)度隨著摻量的增加而降低。 改善新拌混凝土的工作性?；炷撂岣吡鲃?dòng)性后，很容易使混凝土產(chǎn)生離析和泌水，摻入礦物細(xì)摻料后，混凝土具有很好的粘聚性。像粉煤灰等需水量小的摻合料還可以降低混凝土的水膠比，提高混凝土的耐久性 。 降低混凝土溫升。水泥水化產(chǎn)生熱量，而混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，在大體積混凝土施工中，混凝土內(nèi)部溫度可達(dá)到 50~70℃ ，比外部溫度高，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，混凝土內(nèi)部體積膨脹，而外部混凝土隨著氣溫降低而收縮。內(nèi)部膨脹和外部收縮使得混凝土中產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。摻合料的加入，減少了水泥的用量，就進(jìn)一步降低了水泥的水化熱，降低混凝土溫升。 抑制堿 — 骨料反應(yīng)。試驗(yàn)證明，礦物摻合料摻量較大時(shí)，可以有效地抑制堿 — 骨料反應(yīng)。內(nèi)摻 30％的低鈣粉煤灰能有效地抑制堿硅反應(yīng)的有害膨脹，利用礦渣抑制堿骨料反應(yīng)，其摻量宜超過(guò) 40％。 提高混凝土的耐久性?；炷恋哪途眯耘c水泥水化產(chǎn)生的 Ca(OH)2密切相關(guān)，礦物細(xì)摻料和 Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低了混凝土中的 Ca(OH)2含量；同時(shí)減少混凝土中大的毛細(xì)孔，優(yōu)化混凝土孔結(jié)構(gòu)，降低混凝土最可幾孔徑，使混凝土結(jié)構(gòu)更加致密，提高了混凝土的抗凍性、抗?jié)B性、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性能。 不同礦物細(xì)摻料復(fù)合使用的 “ 超疊效應(yīng) ” 。不同礦物細(xì)摻料在混凝土中的作用有各自的特點(diǎn)，例如礦渣火山灰活性較高，有利于提高混凝土強(qiáng)度，但自干燥收縮大；摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰的混凝土需水量小，且自干燥收縮和干燥收縮都很小，在低水膠比下可保證較好的抗碳化性能。 四、礦物細(xì)粉摻和料的耐久性改善效應(yīng) 由于和游離石灰及高堿性水化硅酸鈣產(chǎn)生二次水化，生成強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)、數(shù)量更多的低堿性水化硅酸鈣，改善了水化膠凝物質(zhì)的組成，并減少或消除了游離石灰，對(duì)提高混凝土耐久性作用極大。 抗硫酸鹽侵蝕性能顯著提高，因?yàn)樵谒嗍腥狈虿淮嬖谟坞x石灰時(shí)形成具有膨脹作用的鈣礬石反應(yīng)不能進(jìn)行； 在有堿集料反應(yīng)產(chǎn)生的條件下由于礦物細(xì)粉摻合料的摻加在混凝土水化產(chǎn)物中形成大量低堿水化硅酸鈣， 它們能吸收和固定大量的鈉、鉀離子從而使混凝土中的有效堿含量大大減少，極大地減少了堿集料反應(yīng)的危害性。 礦物細(xì)粉摻合料的摻加它們填充集料和水泥顆粒的孔隙，使混凝土結(jié)構(gòu)和界面更為致密，阻斷了可能形成的滲透通路，使混凝土抗?jié)B性大為提高。 在低水膠比情況下，摻加礦物細(xì)粉摻合料，混凝土中的可凍水很缺乏，抗凍性大幅度提高，當(dāng)然高抗凍性與與低水膠比直接相關(guān)，但也與摻加礦物細(xì)粉摻合料密不可分，例如，水科院李金玉等人研究同為 ，不摻加礦物細(xì)粉摻合料的 C60混凝土其抗凍融循環(huán)只達(dá)到 F250，而摻加礦物細(xì)粉摻合料的混凝土抗凍融循環(huán)可達(dá) F1000以上。 對(duì)于碳化和鋼筋銹蝕的擔(dān)憂。 摻加礦物細(xì)粉摻合料的可能帶來(lái)的負(fù)面影響是混凝土的堿度降低，抗碳化能力減弱，引起保護(hù)鋼筋的能力減弱 。 但是在低水膠比下，混凝土的堿度下降并不十分急劇。 蒲心誠(chéng)等人對(duì)大摻量粉煤灰水泥的堿度研究表明粉煤灰摻量從 0提高至 70%時(shí) pH值僅由 ，說(shuō)明粉煤灰摻加 70%時(shí)，水泥膠砂的 pH值仍然高于12，高于配筋結(jié)構(gòu)允許的最低堿度 。 除此之外，摻加礦物細(xì)粉摻合料，在低水膠比時(shí)密實(shí)性很高，水分甚至氧和二氧化碳都難以進(jìn)入，這同樣增大了混凝土的護(hù)筋性。 總之，現(xiàn)代混凝土科學(xué)中最突出的兩大成就：其一是高效外加劑的生產(chǎn)和應(yīng)用；其二是礦物細(xì)粉摻合料的的研究、應(yīng)用與發(fā)展。 后者的重要意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了以前僅僅為節(jié)約水泥的經(jīng)濟(jì)意義和利用廢棄資源的環(huán)保意義。它涉及到全面提高混凝土的各項(xiàng)性能，使混凝土壽命提高到 500— 1000年成為可能。 五、常用礦物摻和料 （一） 粉煤灰 化學(xué)成分 粉煤灰的化學(xué)成分因煤的品種及燃燒條件而異。一般來(lái)說(shuō)，粉煤灰化學(xué)成分的變動(dòng)范圍為： SiO2含量約為 40％～